絕緣工作斗室外溫控系統設計

姚沛全

（廣州南方電安科技有限公司，廣東 廣州511493）

1 引言

每年夏季，中國大部分地區都會出現高溫天氣。在高溫天氣下如果作業人員長時間在戶外工作，則會出現體溫調節機制障礙，體內熱蓄積，導致中暑等病癥出現[1]。對此國家安全生產監督管理總局、衛生部、人力資源和社會保障部、中華全國總工會聯合制定了《防暑降溫措施管理辦法》，規定日最高氣溫達到40 ℃以上時，企業應停止當日室外露天作業。

但每年的夏季都是中國城鄉居民用電的高峰期，也是供電線網故障的多發期，一旦供電線網發生故障，電力維修作業人員就必須在高溫天氣下，穿戴絕緣披肩和絕緣手套在絕緣工作斗上進行作業。此時，作業人員會大量出汗、生理機能下降等，導致作業效率和專業判斷力降低，更為嚴重者會出現頭暈、惡心、心悸乏力等中暑現象。如果得不到及時救護，有可能導致猝死。因此，高溫天氣給帶電作業人員帶來了巨大考驗，急需有效的防暑手段。

對此，本文針對高溫天氣下的帶電作業問題，以空調制冷相關理論作為基礎，設計了一套可以隨絕緣斗臂車移動的絕緣工作斗溫控系統[2-6]。該系統主要包括電源模塊、控制模塊、制冷模塊和風機模塊，其核心是控制風機和制冷模塊使絕緣斗工作區間內作業人員的體感溫度處于25～30 ℃之間，有效防止由于高溫所引起的各種健康問題，為電力維護維修人員的作業帶來了安全保障。

2 溫控系統功能要求

為了保證作業人員在戶外作業過程中不會出現中暑等問題，需要設計一套溫控系統調節作業區域內的環境溫度，使作業人員能在一個比較舒適的體感溫度下進行作業。同時由于帶電作業的特殊性，對作業人員體感溫度進行調節的過程中還要保證作業人員身上的絕緣防護服、絕緣手套和工具都保持干燥良好的狀態。因此，該溫控系統需要實現以下功能：①使作業人員的體感溫度保持在25～30 ℃，這樣能有效降低人體的體表溫度，減少出汗量，降低中暑的風險；②保持絕緣披肩手套、絕緣披肩保持干燥，這樣能延長絕緣工器具的使用壽命，同時，保證作業過程中這些絕緣工具能滿足絕緣要求；③能耐高壓或與高壓設備保持1 m 以上的安全距離。

3 現有技術方案分析

目前在實際生活中，戶外作業時常用的降溫手段主要有冰袋降溫服和風冷降溫服，如圖1 和圖2 所示。以下對這幾種技術方案的優缺點進行分析。

圖1 冰袋降溫服

圖2 風冷降溫服

3.1 冰袋降溫服

降溫原理：將冰袋放在制服里，通過熱交換的方式降低作業人員的體感溫度。

優點：成本低、作業人員體表溫度下降顯著。

缺點：制作時間長，需要將降溫服放置在冰箱中3 h 以上；不便于長距離運輸保溫；續航時間短，不利于長時間工作；水蒸汽冷凝時可能會使絕緣披肩手套潮濕。

3.2 風冷降溫服

降溫原理：體感在背心前后分別安裝了4 個小風扇，使空氣在人體體表形成氣流，能使汗水瞬間蒸發，帶走熱量，降低體溫。

優點：成本中等，能使體感溫度降低10 ℃以上；續航時間長。

缺點：具備電源系統，在作業過程中會存在一定的安全隱患。

由此可見，現有的冰袋降溫服難以滿足功能要求的第2點；而風冷降溫服則難以滿足功能要求的第3 點。因此，目前仍缺乏安全可靠的降溫技術，來解決高溫天氣下戶外帶電作業時的防暑降溫問題。

4 絕緣斗溫控系統設計

4.1 絕緣溫控系統總體設計

本文所設計的絕緣斗溫控系統如圖3 所示，包括電源模塊、控制模塊、制冷模塊和風機模塊。

圖3 絕緣斗溫控系統示意圖

電源模塊，主要為溫控系統提供可靠的電能。本文考慮到溫控系統的工作環境，選用額定電壓為48 V 的鋰電池組作為電源模塊的主要部件，并在輸出端加上過流保護部件，防止電流過大燒壞溫控系統的電氣部件。

控制模塊，主要采集溫控系統工作區域內的環境信息、計算控制參數和控制風機、制冷模塊工作。在本文中控制模塊的核心為可編程控制器，環境信息采集主要通過溫度傳感器、風速傳感器和濕度傳感器。

制冷模塊，主要對吸入制冷室內的空氣進行冷卻。其組成與一般空調機類似，包括直流變頻壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥和管路等。

風機模塊，主要將制冷室內的冷空氣送到絕緣斗工作區，其組成包括直流電機、扇葉、送風管道以及電壓調節模塊等。

4.2 控制參數計算方法

25 ℃是人體感受到的比較舒適的體感溫度，當體感溫度達到30 ℃時，就會有悶熱的感覺。因此，本系統的控制目標是使作業人員的體感溫度保持在25～30 ℃。

根據體感溫度計算公式可知，當氣溫為T、風速為V、相對濕度為RH 時，人體的體感溫度為：

由式（1）可知，要使體感溫度保持在25～30 ℃之間，關鍵是要調節本溫控系統風機模塊的輸出風速和制冷模塊輸出的冷空氣溫度。

對于風機模塊的性能參數，考慮到人體舒適感上限的風速在3.3 m/s 左右（輕風的風速），因此，風速輸出范圍定在0～3.3 m/s。

假定需要降溫的區間為作業人員的上半身和頭部（直徑約為0.5 m 的圓），則風機模塊最大排風量為2 331 m3/h。

對于制冷模塊的性能參數，假定風速為3 m/s，進風干球溫度為37 ℃，相對濕度為80%，則根據式（1）可知制冷模塊輸出溫度為28 ℃時，能保證體感溫度在25～30 ℃之間。此時，制冷模塊的制冷量效率為3.3 kW/h。

5 結語

本文針對電力維護維修人員戶外作業過程中的防暑降溫問題，設計了一種溫控系統。通過本文可知，該系統符合行業的需求，能保證作業人員的體感溫度在30 ℃以下，但本文只對系統的總體功能模塊進行了介紹，以及對核心功能模塊的性能參數進行理論計算。因此，下一步還需要在實際中對系統的性能參數進行測試，驗證其是否真正能保障絕緣斗臂車上作業人員躲避高溫酷暑。